El movimiento de nitrógeno entre la atmósfera, la biosfera y la geosfera en diferentes formas se denomina ciclo del nitrógeno y es uno de los principales ciclos biogeoquímicos.
- También se puede considerar como el movimiento del nitrógeno a través de la cadena alimentaria desde compuestos inorgánicos simples, principalmente amoníaco, hasta compuestos orgánicos complejos.
- Este ciclo complejo involucra bacterias, plantas y animales.
- Todos los organismos pueden convertir el amoníaco (NH 3 ) en compuestos nitrogenados orgánicos que son compuestos que contienen enlaces C – N. Sin embargo, solo unos pocos microorganismos pueden sintetizar amoniaco a partir del gas nitrógeno (N 2 ).
- Aunque el gas N 2 constituye aproximadamente el 80% de la atmósfera terrestre, es un compuesto químicamente no reactivo y, por lo tanto, debe cambiarse para ser utilizado por los seres vivos.
- Dentro de la biosfera, existe un equilibrio entre las formas inorgánicas totales y orgánicas totales de nitrógeno.
- La conversión de nitrógeno orgánico en inorgánico se produce a través del catabolismo, desnitrificación y descomposición.
Pasos del ciclo del nitrógeno
Table of Contents
1. Fijación de nitrógeno
La primera etapa del ciclo del nitrógeno es la reducción del gas N 2 a amoníaco, un proceso llamado fijación de nitrógeno.
- El proceso de convertir el gas N 2 atmosférico en amoníaco lo llevan a cabo solo unos pocos microorganismos, denominados diazótrofos, que tienen una enzima llamada “nitrogenasa” que combina átomos de nitrógeno con átomos de hidrógeno.
- Estas son algunas bacterias del suelo de vida libre como Klebsiella y Azotobacter , cianobacterias (algas azul verdosas) y las bacterias simbióticas (principalmente Rhizobium ).
- Se ha estimado que la cantidad de N 2 fijado por estos microorganismos diazatróficos es del orden de 10 11 kg por año, aproximadamente el 60% del nitrógeno recién fijado en la tierra.
- Los rayos y la radiación ultravioleta fijan otro 15%, y el resto proviene de procesos industriales.
- El amoníaco también se puede obtener mediante la reducción del ion nitrato (NO 3 – ) que está presente en el suelo.
- La mayoría de las plantas y microorganismos pueden reducir los nitratos.
- El amoníaco resultante de estos dos procesos puede ser asimilado por todos los organismos.
Reacción: N 2 + 3 H 2 -> <- 2 NH 3
- Este proceso lo lleva a cabo el complejo nitrogenasa, que consta de una reductasa y una nitrogenasa que contiene hierro-molibdeno.
- Se hidrolizan al menos 16 moléculas de ATP para formar dos moléculas de amoníaco.
- La leghemoglobina se usa para proteger la nitrogenasa en el Rhizobium de la inactivación por el O 2 .
2. Nitrificación
- La nitrificación es un proceso de dos pasos en el que NH 3 / NH 4 + se convierte en NO 3 – .
- Primero, las bacterias del suelo Nitrosomonas y Nitrococcus convierten el NH 3 en NO 2 – , y luego otra bacteria del suelo, Nitrobacter , oxida el NO 2 – en NO 3 – .
- Estas bacterias son “quimiótrofos” que obtienen su energía de sustancias químicas volátiles. Obtienen energía a través de estas conversiones, las cuales requieren oxígeno para ocurrir.
Nitrosomonas Nitrobacter
[NH4 +] —————————> NO2- ————————-> NO3-
Amonio pH 4 – 10 nitrito pH 6 – 9 nitrato
Condiciones óptimas para la nitrificación:
- Aireación adecuada
- Temperatura óptima 25 – 35 o C
- Humedad adecuada del suelo
- Bases intercambiables adecuadas, particularmente calcio (Ca)
- Disponibilidad de NPK
- Requiere una relación C / N baja
3. Asimilación de nitrógeno
- El siguiente paso en el ciclo del nitrógeno es la asimilación del nitrógeno inorgánico en compuestos orgánicos que contienen nitrógeno.
- Es el proceso por el cual las plantas y los animales incorporan el NO 3 – y el amoniaco formado a través de la fijación de nitrógeno y nitrificación.
- Todos los organismos asimilan el amoníaco a través de dos reacciones principales catalizadas por la glutamato deshidrogenasa y la glutamina sintetasa que dan lugar a los aminoácidos glutamato (Glu) y glutamina (Gln), respectivamente.
- El nitrógeno amínico en Glu y el nitrógeno amídico en Gln se utilizan luego en reacciones biosintéticas adicionales para dar lugar a otros compuestos.
Glutamato deshidrogenasa
La glutamato deshidrogenasa cataliza la aminación reductora del ciclo del ácido cítrico intermedio α-cetoglutarato. Aunque la reacción es reversible, el reductor utilizado en la reacción biosintética es NADPH. Esta enzima también participa en el catabolismo de los aminoácidos.
Glutamina sintetasa
La glutamina sintetasa cataliza la incorporación de amoniaco a la glutamina, obteniendo energía de la hidrólisis del ATP. Esta enzima se denomina sintetasa, en lugar de sintasa, debido a que la reacción acopla la formación de enlaces con la hidrólisis del ATP. Por el contrario, una sintasa no requiere ATP.
- Las plantas absorben estas formas de nitrógeno a través de sus raíces y las incorporan a las proteínas vegetales y los ácidos nucleicos. Entonces, los animales pueden utilizar el nitrógeno de los tejidos vegetales.
4. Ammonificación
- La asimilación produce grandes cantidades de nitrógeno orgánico, incluidas proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos.
- La amonificación es la conversión de nitrógeno orgánico en amoníaco.
- Aquí, el nitrógeno orgánico de las plantas muertas y los organismos del suelo se convierte en amonio (NH 4 + ) por mineralización. La mineralización es la descomposición de materia orgánica en NH 4 +, que es un ion nutriente utilizable.
- Muchos organismos del suelo diferentes están involucrados en el proceso de amonificación, incluidas bacterias y hongos. Estos organismos del suelo descomponen la materia orgánica utilizando el carbono y la energía producidos, pero se libera nitrógeno.
- El amoníaco también se libera por el proceso de excreción al medio ambiente y luego está disponible para la nitrificación o asimilación.
5. Desnitrificación
- La desnitrificación se refiere al cambio (a través de bacterias desnitrificantes) de nitrato a formas gaseosas de nitrógeno, como nitrógeno gaseoso (N 2 ) u óxido nitroso (N 2 O).
- El proceso es rápido y grandes cantidades de N 2 se pierden del sistema del suelo y terminan en la atmósfera.
- Este proceso solo ocurre donde hay poco o ningún oxígeno, como en las profundidades del suelo cerca del nivel freático.
- Por lo tanto, áreas como los humedales brindan un lugar valioso para reducir los niveles de nitrógeno en exceso mediante procesos de desnitrificación.
Condiciones que favorecen la desnitrificación:
- Falta de O 2 adecuado
- Requiere fuente de energía de materia orgánica oxidable para bacterias
- Suelos cálidos y ligeramente ácidos.
Importancia del ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno ilustra la relación entre diferentes formas de nitrógeno en el suelo, el agua, el aire y los organismos vivos. Se considera un ciclo, ya que el nitrógeno se mueve de un lugar a otro en diferentes formas, pero siempre está presente. Es importante por las siguientes razones:
- Ni las plantas ni los animales pueden obtener nitrógeno directamente de la atmósfera y, por tanto, dependen del proceso de fijación de nitrógeno.
- El nitrógeno (N) es un componente esencial del ADN, el ARN y las proteínas, los componentes básicos de la vida. Todos los organismos necesitan nitrógeno para vivir y crecer.
- El nitrógeno es una parte clave de los ácidos amino y nucleicos y también una parte importante del ATP, que es la molécula de energía básica de los seres vivos.
Términos clave
- FIJACIÓN DE NITRÓGENO: El proceso del nitrógeno gaseoso se convierte en amoníaco por rayos o bacterias.
- NITRIFICACIÓN: El proceso por el cual el amoníaco se convierte en nitratos y nitritos.
- AMONIFICACIÓN: El proceso por el que los organismos muertos se descomponen en amoníaco.
- DENITRIFICACIÓN: Proceso de conversión de nitratos y nitritos en nitrógeno gaseoso o nitrógeno gaseoso.
Dr. Martin Passen, a dedicated nutrition educator with a master’s in nutrition education and nearing completion of a clinical nutrition and dietetics master’s. Passionate about sharing valuable information effectively.